一般情况下，面阵相机按照芯片类型可以分为CCD相机和CMOS相机。CCD(Charge Coupled Device)，即感光耦合元件，其工作原理如图1所示。
图 1 CCD芯片相机工作原理
CCD主要材质为硅晶半导体，通过光电效应，由感光元件表面感应来源光线，从而转换成储存电荷的能力。在感光像元接受光照之后，感光元件产生对应的电流，电流大小与光强对应，因此感光元件直接输出的电信号是模拟的。在CCD传感器中，每一个感光元件都不对此作进一步的处理，而是将它直接输出到垂直寄存器，再传到水平寄存器中，最后才能形成统一的输出。由于感光元件生成的电信号十分微弱再加上在此过程中会产生大量电压损耗，无法直接进行模数转换工作，因此这些输出数据必须做统一的放大处理，这项任务是由CCD传感器中的放大器专门负责，经放大器处理之后，每个像元的电信号强度都获得同样幅度的增大；因所有信号只通过一个放大器进行放大，所以产生的噪点较少。但由于CCD本身无法将模拟信号直接转换为数字信号，因此还需要一个专门的模数转换芯片进行处理，最终以二进制数字图像矩阵的形式输出给专门的DSP处理芯片。
CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)，即互补性氧化金属半导体，其工作原理如图2所示。
图 2 CMOS相机工作原理
CMOS的材质主要是利用硅、锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带正电）和P（带负电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流。CMOS传感器中每一个感光元件都直接整合了放大器和模数转换逻辑，当感光二极管接受光照、产生模拟的电信号之后，电信号首先被该感光元件中的放大器放大，然后直接转换成对应的数字信号。换句话说，在CMOS传感器中，每一个感光元件都可产生最终的数字输出，所得数字信号合并之后被直接送交DSP芯片处理。CMOS感光元件中的放大器属于模拟器件，无法保证每个像点的放大率都保持严格一致，图像中出现大量的噪声，品质明显低于CCD传感器，不过目前这方面的技术已大幅改善。
CCD相机与CMOS相机的区别主要体现在成像过程、集成性、速度、噪声、等方面。
在成像过程中，CCD与CMOS图像传感器光电转换的原理基本相同，他们最主要的差别在于信号的读出过程不同；由于CCD仅有一个（或少数几个）输出节点统一读出，其信号输出的一致性非常好；而CMOS芯片中，每个像元都有各自的信号放大器，各自进行电荷-电压的转换，其信号输出的一致性较差。但是CCD为了读出整幅图像信号，要求输出放大器的信号带宽较宽，而在CMOS 芯片中，每个像元中的放大器的带宽要求较低，大大降低了芯片的功耗，这就是CMOS芯片功耗比CCD要低的主要原因。尽管降低了功耗，但是数以百万的放大器的不一致性却带来了更高的固定噪声，这又是CMOS相对CCD的固有劣势。
从制造工艺集成性的角度看，CCD中电路和器件是集成在半导体单晶材料上，工艺较复杂，世界上只有少数几家厂商能够生产CCD晶元，如DALSA、SONY、松下等。CCD仅能输出模拟电信号，需要后续的地址译码器、模拟转换器、图像信号处理器处理，并且还需要提供三组不同电压的电源同步时钟控制电路，集成度非常低。而CMOS是集成在被称作金属氧化物的版单体材料上，这种工艺与生产数以万计的计算机芯片和存储设备等半导体集成电路的工艺相同，因此生产CMOS的成本相对CCD低很多。同时CMOS芯片能将图像信号放大器、信号读取电路、A/D转换电路、图像信号处理器及控制器等集成到一块芯片上，只需一块芯片就可以实现相机的的所有基本功能，集成度很高，芯片级相机概念就是从这产生的。随着CMOS成像技术的不断发展，有越来越多的公司可以提供高品质的CMOS成像芯片，包括：Micron、 CMOSIS、Cypress等。
成像速度上，CCD采用逐个光敏输出，只能按照规定的程序输出，速度较慢。CMOS有多个电荷-电压转换器和行列开关控制，读出速度快很多，大部分500fps以上的高速相机都是CMOS相机。此外CMOS 的地址选通开关可以随机采样，实现子窗口输出，在仅输出子窗口图像时可以获得更高的速度。
噪声分析中，CCD技术发展较早，比较成熟，采用PN结或二氧化硅（SiO2）隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS光电传感器有一定优势。
由上述原理可知，相机等光电器件的光-电转换全过程可以由如下过程描述：
其中：
- 当前像元读出的灰度值 I（x,y）
- 当前像元接收的辐射功率 p
- 曝光时间Λt
- 单个光子能量hv，其中h=6.626 × 10-34J.s
- 量子效率QE
- 模数转换ADU，取整操作
- 前方增益gpre，后放增益gpost
面阵相机的一些重要参数主要包括曝光时间、像元尺寸、面阵大小、成像帧频、量子效率、读出速率即噪声等。
曝光时间指相机从快门打开到关闭的时间间隔，在这一段时间内，相机的像元接收光子。像元尺寸则指相机中一个像元的物理尺寸。面阵大小是相机包含像元的个数，一般用长×宽表示。成像帧频即为每秒钟相机输出图像的数量。量子效率用来描述光电器件光电转换能力的一个重要参数，它是在某一特定波长下单位时间内产生的平均光电子数与入射光子数之比。读出速率代表相机可读出图像的一部分或多个像元同时读出以提高读出速率，因此，通常定义两种速率，一种是全帧读出速率，另一种是最快的读出速率。
相机中的噪声则主要由三种类型，他们分别是传感器读出噪声、热噪声即光子噪声。读出噪声是除EMCCD相机外传感器固有的，它会限制大多数相机的灵敏度。读出噪声是由多个噪声源综合得来的，来源于放大和光电转换生成电压的过程。多年来读出噪声已得到明显改善，但是由于不断增加的带宽要求导致相机的独处速度越快噪声就越大。低噪声CCD相机通常被用于读出速度很低的情况下，因此被称为慢扫描CCD相机。热噪声是由硅传感器生成电子所释放出来的热量引起的。先进的CCD设计技术已将按噪声减小到可以忽略的程度。为达到极端灵敏度，将CCD冷却至零下100度。一些常温相机在极短的积分时间内可能会产生可以忽略不计的暗电流噪声，用冷却的方法也可以来减少暗电流噪声。光子在从激光器里产生的时间是随机的，例如平均每秒是5个，但实际射出的光子这一秒可能是2个，下一秒是8个，满足泊松分布，造成探测器每秒接收到的光子数目也满足泊松分布，这样产生的噪声即为光子噪声。
常见的相机接口分为数据接口和镜头接口两种类型。数据接口主要由以下几种：
GigE接口：基于千兆以太网通信协议开发的相机接口标准，GigE仍在定义设计中，以1000 Mbps以太网路为基准，它供给大约108 Mbps连续带宽，GigE最大的好处是信号线长度可达1000公尺以上。
1394接口：美国电气和电子工程师学会（IEEE）制定的一个标准工业串行接口，又称为“IEEE1394”,数据传输率可达800 Mbps，支持热拔插。
USB 3.0接口：理论最大传输速率可达5 Gbps，具有简单易用的特点。
Camera Link接口：专门针对高速图像数据需求设计的标准接口，最大传输速率可达5.4 Gbps。
CoaXPress接口：世界领先的专业高速成像标准，单根线缆传输速率可达12.5 Gbps，4根线缆传输速率可达50 Gbps。
镜头接口主要有C、CS、M42、F、TF、T2、Leica等规格。
参阅：景深、采样定理
